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LON

Autor: Martin Puaschitz (onestone)
Datum: 01-01-2002, 21:58:12
Referenzen: http://www.glossar.de/
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Abkürzung für "Lokal Operating Network" • LON, auch LONWORKS® genannt, ist ein universelles Automatisierungsnetzwerk, welches von der Echelon Corporation, Palo Alto, USA, entwickelt wurde. Es kommt heute weltweit in Gebäude- und Industrieautomation zum Einsatz. In einem LON-Netzwerk können (ähnlich dem EIB), zehntausende Sensoren und Aktoren zu einer integrierten Gebäudeautomation verknüpft werden.

Die Technologie basiert auf folgenden grundlegenden Erkenntnissen:

Zunehmender technologischer Fortschritt führt zu immer kleineren und gleichzeitig intelligenteren Bauteilen und Steuerungen, die nahezu an jeder Stelle eingesetzt werden können. Eine kopflastige zentrale Steuerung ist nicht mehr erforderlich. Immer komplexer werdende Anforderungen an Steuer- und Kontrollfunktionen müssen in Teilobjekte untergliedert werden, damit Transparenz und Variationsmöglichkeiten erhalten bleiben. Verteilte Intelligenz fördert diese Untergliederung. Zunehmender Kostendruck erfordert standardisierte und modulare Systeme, die schnell und einfach aufgebaut, erweitert oder modifiziert werden und auf vorhandene Infrastrukturen zurückgreifen können. Dem zufolge sind LON Netzwerke dadurch gekennzeichnet, dass ihre Funktionen nicht zentral gesteuert werden, sondern dass jeder dezentrale Knoten mit frei programmierbarer Intelligenz ausgestattet ist. Durch die dezentrale Steuerung bleibt das Gesamtsystem modular und flexibel.

In Topologien jeglicher Art und mit unterschiedlichsten Medien werden Sensor- und Kontrolltelegramme übertragen. Deren Status- und Kommandoinformationen können Aktionen an jedem beliebigen Ort und bei jedem beliebigen Teilnehmer innerhalb des LON-Netzwerkes auslösen. Im Bereich der Gebäudeautomation können so z. B. Zutrittskontrollen, Heizungs- und Lichtanlagen über LON kommunizieren. Interdependenzen zwischen den einzelnen Gewerken können berücksichtigt werden.

Der Neuron

Überall dort, wo Ein- und Ausgabesignale (I/O) benötigt werden, können dezentrale und intelligente Erfassungs- und Steuergeräte platziert werden. Die Hardwarebasis für die Integration dieser Geräte in die Netzebene bildet dabei ein Mikroprozessor namens Neuron. Er wird in CMOS-Technologie von Cypress und Toshiba hergestellt und ist das Kommunikationszentrum eines jeden Netzwerk-Teilnehmers (LON-Knoten).

Auf jedem Neuron-Chip können alle notwendigen Funktionen für die anfallenden Steuerungs- und Automatisierungsaufgaben programmiert und konfiguriert werden. Hierzu stehen 512 Byte EEPROM für Netzwerkparameter und Applikationsprogramme zur Verfügung. Für Variablen und Puffer gibt es 1 bis 2 kBytes RAM sowie 10 kByte ROM für Firmware. Für größere Applikationen können Neuron-Chips mit externem Speicher eingesetzt werden.

Die schon bei der Herstellung jedes Neuron-Chips festgelegte einmalige Identifikationsnummer (48 Bit) identifiziert die Teilnehmer eines LON-Netzwerkes genau und macht sie unverwechselbar. Drei 8-Bit Prozessoren (CPUs) steuern die Kommunikations- und Applikationsaufgaben gemäß dem ISO/OSI-Protokoll-Standard.

Auch werden im Neuron Hilfsmittel zur Unterstützung der Installation und Wartung bereitgehalten. Neben der Selbstdokumentation von Anwendungs-Software und Konfiguration stehen Statistikzähler und Diagnosezellen zur Verfügung, deren Zustand über Netzwerkmanagement-Kommandos ausgelesen werden kann.

Systemknoten lassen sich somit für verschiedenste Anwendungen entwickeln und auch im Netz frei konfigurieren und parametrieren. Per saldo wird also die gesamte Intelligenz des LON-Netzes dezentral auf vielen Neurons gespeichert und gesteuert. Man könnte auch sagen, dass der Wahlspruch für erfolgreiches internationales Management umgekehrt wurde: „Act global – think lokal" – die einzelnen Knoten können sich selbst und einander gegenseitig steuern und verwalten. Sie benötigen lediglich Zustands- oder Änderungstelegramme ihrer „Kollegen", um reagieren zu können. Diese erhalten sie über das LON-Netz. Zentrale hierarchische Steuerungen werden dann nicht mehr benötigt.

Netzwerktopologie und Verkabelung

Topologien von LON-Netzen müssen keiner bestimmten Struktur folgen. Stern-, Ring-, Baum- oder klassische Linienstrukturen können frei gewählt werden. Aus der Praxis heraus ergeben sich somit oft freie Topologien, die sich an vorhandenen Strukturen in Gebäuden oder Anlagen orientieren. Zur Segmentierung solcher freien Topologien können hierbei, falls notwendig, Router (Wegweiser) zur Steuerung des Datenaustausches eingesetzt werden.

Überaus flexibel zeigt sich die LONWORKS-Technologie auch bei der Wahl der Netzwerkverkabelung. So stehen heute nahezu alle Übertragungswege zur Verfügung:

Verdrillte Zweidrahtleitung
Funk
Infrarot
Lichtwellenleiter
COAX-Kabel
230 V-Stromnetz

Besondere Bedeutung für die Gebäudeautomation ist dabei dem 230 Volt Stromnetz beizumessen. Denn hier kann ohne weiteren Verkabelungsaufwand ein LON-Netzwerk aufgebaut werden. Die Kommunikation erfolgt dann über die zur Verfügung stehenden CENELEC-Frequenzbänder C oder A. Zur Frequenzmodulation stehen die Transceiver PLT-22 oder PLT 30 zur Verfügung. Beim PLT-22 werden hierbei im CENELEC Band C Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 4,8 kBit/s erreicht.

LON-Netze

Ein LON-Netz besteht aus bis zu 32.000 intelligenten Netzwerkknoten, die – unabhängig von der Vielzahl möglicher Funktionen – über LonTalk kommunizieren. LonTalk ist ein von Echelon entwickeltes Protokoll, das mit einer Übertragungsrate von bis zu 1,25 Mbit/s die Nachrichten der Sensoren und Aktoren durch das Netz navigiert. Zeitkritischen Nachrichten wird dabei Vorrang eingeräumt, eine gesicherte Übertragung wird unter anderem durch End-To-End-Kontrolle und Acknowledges (Empfangsbestätigungen) gewährleistet. Treffen diese nicht ein, wird die Nachricht so lange wiederholt, bis alle Empfänger geantwortet haben.

Neben der Bussicherheit wird bei diesem System auch auf die Erfassung der Ereignisse sowie deren Auswertung Wert gelegt. Ereignisse können z. B. mit einem Zeitstempel versehen miteinander verknüpft werden, ihrerseits wiederum Ausgänge ansteuern oder auch Ausgabetexten, wie z. B. Warninformationen, Alarm- oder Meldetexte, zugeordnet werden.

Durch diese dezentrale Intelligenz können kleine und größere LON-Netze kostengünstig ohne Hostrechner bzw. SPS (für die zentrale Erfassung und Auswertung) betrieben werden. Für Steuerungs- und Überwachungsaufgaben ist ein Hostrechner nicht erforderlich.

Ohne weitere Aufbereitung der LON-Bussignale können Linien von bis zu 2 km betrieben werden. Beim Einsatz von z. B. physikalischen Sternkopplern beträgt die Reichweite der einzelnen Stichleitungen maximal 1,3 km. Darüber hinaus kann die Struktur des Bus-Netzes durch Repeater, Router oder Gateways so erweitert werden, dass eine nahezu uneingeschränkte Länge erreicht werden kann.

Für die Gebäudeautomation steht somit mit LONWORKS ein flexibles, mit dezentraler Logik versehenes Feldbus-System zur Verfügung, das große Reichweiten mit unterschiedlichsten Medien auf hohem Sicherheitsniveau erreichen kann. Durch den modularen Aufbau ist die Inbetriebnahme sowie die Änderung und Erweiterung des Netzes jederzeit flexibel und ohne großen Aufwand möglich.




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